Eine neue Methode in der Spektromikroskopie ermöglicht eine signifikante Verbesserung der Untersuchung chemischer Reaktionen im Nanobereich, sowohl auf Oberflächen als auch innerhalb geschichteter Materialien. Das Scanning-Röntgenmikroskop (SXM) an der MAXYMUS-Strahllinie von BESSY II erlaubt die Untersuchung von chemischen Spezies, die auf der Oberflächenschicht adsorbiert sind oder innerhalb der MXene-Elektrode interkaliert sind, mit hoher chemischer Empfindlichkeit.
Revolutionäre Methode zur Untersuchung von MXenen
Das Forscherteam um Dr. Tristan Petit am Helmholtz-Zentrum Berlin hat eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, chemische Bindungen innerhalb von MXenen, wie Ti3C2Tx (wobei Tx für Terminationen wie O, OH, F, Cl steht), mit hoher räumlicher und spektraler Auflösung zu untersuchen. Diese Neuerung kombiniert zwei Detektionsmodi gleichzeitig: Transmission und Elektronenausbeute, was verschiedene Probiertiefen ermöglicht. Dies ist ein bedeutender Fortschritt in der Charakterisierung von MXenen.
Bedeutung von MXenen in der Energietechnologie
Seit ihrer Entdeckung im Jahr 2011 haben MXene aufgrund ihrer vielseitig anpassbaren Eigenschaften und vielfältigen Anwendungen, von Energiespeichern bis hin zu elektromagnetischer Abschirmung, erhebliches wissenschaftliches Interesse geweckt. Forscher bemühen sich, die komplexe Chemie der MXene im Nanobereich zu entschlüsseln.
Dr. Petit und sein Team haben SXM verwendet, um die chemische Zusammensetzung und Struktur von MXenen im Detail zu untersuchen. Faidra Amargianou, die Erstautorin der Studie, hebt hervor, dass diese Erkenntnisse neue Perspektiven für die Nutzung von MXenen in verschiedenen Anwendungen, insbesondere in der elektrochemischen Energiespeicherung, bieten.
Analyse von MXenen in Lithium-Ionen-Batterien
Die Anwendung von SXM zur Analyse von MXen-basierten Materialien in Lithium-Ionen-Batterien ergab wertvolle Einblicke in die Veränderungen der MXen-Chemie nach Batteriezyklen. Die MXen-Elektrode bleibt während des elektrochemischen Zyklus stabil, mit Anzeichen einer möglichen Li+-Interkalation, ohne dass das Elektrolyt zur Degradation der MXen führt.
Zukunftsperspektiven der chemischen Bildgebung
Diese Studie unterstreicht die Bedeutung fortschrittlicher chemischer Bildgebungstechniken wie SXM, um die Interaktionen von geschichteten Materialien in komplexen Systemen zu entschlüsseln. Laut Dr. Petit arbeitet das Team derzeit daran, in situ elektrochemische SXM-Messungen direkt in flüssiger Umgebung zu ermöglichen, was weitere wertvolle Einblicke in die Chemie von MXenen und anderen geschichteten Materialien bieten wird.
Weiterführende Informationen
Dieses Projekt wurde durch den Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 der Europäischen Union finanziert. Quelle: https://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=26706&sprache=en&seitenid=1
